Biosensor-based enzyme engineering approach applied to psicose biosynthesis.
本文报道了一种用于 D-psicose（D-阿洛酮糖，D-allulose）生物合成的基于生物传感器的酶工程筛选策略。D-psicose 是一种天然含量低、非毒性、具有甜味且可能有助于对抗肥胖和 2 型糖尿病的稀有糖。作者以 Clostridium cellulolyticum 来源的 D-psicose 3-差向异构酶（DPEas...
Detecting Changes in the
秀丽隐杆线虫已成为生物学中的关键模式生物。其肠道透明、生长周期短，并可建立定义明确的肠道菌群，使其成为理解与工程化宿主-微生物群落的理想候选。本文报道了一种用于在体内表征全细胞细菌生物传感器的实验模型。作者在大肠杆菌 Nissle 1917（EcN）中构建了响应异丙基-β-D-1-硫代半乳糖苷（IPTG）的双质粒传感器系统，并在体外...
Biochemical and Biodiversity Insights into Heavy Metal Ion-Responsive Transcription Regulators for Synthetic Biological Heavy Metal Sensors.
为适应环境变化并维持细胞稳态，微生物需调控金属离子浓度；金属是许多酶的辅因子，但必需金属过量及重金属均会造成细胞损伤。金属响应转录调控因子通过调控解毒相关基因表达，在金属摄取、外排、隔离及氧化还原解毒中发挥关键作用。其高灵敏、高选择性的金属感知功能使其成为合成生物学中构建重金属生物传感器的理想生物元件。本综述总结 SmtB/ArsR...
Genetic Circuits To Detect Nanomaterial Triggered Toxicity through Engineered Heat Shock Response Mechanism.
由于纳米材料潜在毒性，其生物相容性评价备受关注，但传统生物相容性检测难以快速给出毒性报告。我们开发了一种基于全细胞的生物传感器，用于追踪纳米材料生物相容性，旨在为降低毒性水平的纳米材料工程化提供快速反馈。利用合成生物学方法，我们对四种热休克反应（HSR）蛋白的启动子进行了工程化改造。初始设计中，将报告基因克隆至所选启动子下游。初步结...
Robust Characterization of Two Distinct Glutarate Sensing Transcription Factors of
合成生物学中，筛选大型遗传编码文库以获得目标化学物生产表型是重要瓶颈。转录因子生物传感器可用于高通量筛选工程微生物中的最优遗传设计。本研究表征了假单胞菌 Pseudomonas putida 中两个戊二酸感应转录因子 CsiR 和 GcdR。作者分析了 csiR 同源基因的基因组背景，并生物信息预测其 DNA 结合位点；纯化后的 C...
Using the promoters of MerR family proteins as "rheostats" to engineer whole-cell heavy metal biosensors with adjustable sensitivity.
全细胞生物传感器为重金属检测提供了简便方法，但以往设计主要模拟细菌重金属抗性系统，缺乏理性设计理论。本研究提出基于MerR家族传感器蛋白（SP）的金属检测电路设计策略。利用热力学模型设计一系列组成型启动子，调控cadR、pbrR、cueR和merR等SP表达水平，并以相应传感器蛋白结合启动子（SPBP）驱动eGFP报告基因。结果表明...
A 3D-printed portable device for field deployment of living biosensors.
活体生物传感器通常利用转基因生物（GMOs）检测临床样本中的感染性生物标志物。由于许多法规禁止将 GMOs 释放到环境中，活体生物传感器在实验室外的应用受到限制。本文报道了一种稳健的 3D 打印便携装置，用于消除 GMOs 暴露给潜在用户和环境的风险。该装置可紧密连接普通培养管，由外壳和柱塞两个部件组成。外壳包含应力集中切口和试剂井...
Cell-based biosensors for immunology, inflammation, and allergy.
细胞基生物传感器（CBBs）是通过遗传工程改造的活细胞，用于以高灵敏度和特异性、低成本且非侵入方式检测分析物。细胞天然感知环境刺激，将天然转录应答与比色、荧光或生物发光报告基因表达连接后，可连续感知生物分子并报告信息。合成生物学进展推动CBBs向临床应用发展。细菌和哺乳动物细胞均可构建全细胞传感器，包括实验室菌株和人体共生菌。通过重...
COMPASS for rapid combinatorial optimization of biochemical pathways based on artificial transcription factors.
多基因平衡表达是构建新生物合成途径或多蛋白细胞复合物的核心。本文报道一种名为 COMPASS（COMbinatorial Pathway ASSembly）的高通量克隆方法，用于在酿酒酵母中实现多基因平衡表达。该方法采用正交的植物来源人工转录因子（ATF）及其结合位点（BS），结合基于同源重组的体内/体外重叠克隆，可并行构建数千个 ...
Preparation and Application of a New Bacterial Biosensor for the Presumptive Detection of Gunshot Residue.
MicRoboCop是一种面向法医化学应用的生物传感器系统，由三个装置组成，联合使用时可通过在枪击残留物（GSR）关键分析物存在下产生荧光信号来指示GSR的存在。该方案描述了利用大肠杆菌（E. coli）合成生物传感器，以及用于评价传感器选择性和灵敏度的分析化学方法。系统功能通过采集自使用过的弹壳内壁的GSR进行验证。制备完成后，生...
Synthetic biology for evolutionary engineering: from perturbation of genotype to acquisition of desired phenotype.
随着生物基产业受到关注，快速有效改良菌株的技术需求显著增加。进化工程对生物学信息依赖较低，已被用于菌株改良。近年来，合成生物学在进化工程中取得重要进展，尤其发展了用于表型扰动的合成工具；同时，发现具有调控功能的生物部件并设计新型遗传回路，也推动了高通量筛选与选择。本综述首先简述用于诱变和筛选改良变体的合成生物学工具基础，随后描述这些...
A novel reporter system for cyclic AMP mediated gene expression in mammalian cells based on synthetic transgene expression system.
环磷酸腺苷（cAMP）是原核和真核生物中重要的第二信使，介导多种生物学功能。为研究 cAMP 信号及其调控，本文基于合成转基因方法开发了一种蛋白型 cAMP 报告系统。作者将大肠杆菌 cAMP 受体蛋白（CRP）与单纯疱疹病毒 VP16 转录激活域融合，构建哺乳动物表达载体 pLA1，形成人工哺乳动物反式激活因子；该因子可浓度依赖地...
Engineering a Model Cell for Rational Tuning of GPCR Signaling.
G蛋白偶联受体（GPCR）信号是真核细胞响应环境刺激的主要方式，但天然信号转导架构和表达水平的多样性使刺激-响应关系难以预测。作者利用酿酒酵母基因组工程，构建了一个绝缘、模块化的最小化 GPCR 信号转导系统，以研究如何借助合成生物学工具理性调节细胞对刺激的响应。通过计算建模与实验重构，作者解析了关键信号组分的最小集合贡献，提出通过...
Custom-made transcriptional biosensors for metabolic engineering.
转录生物传感器可用于代谢途径的筛选、选择或动态调控，因此是加速代谢工程与可持续化学原型构建的关键使能技术。近期进展使异源转录因子得以常规使用，嵌合蛋白设计等新策略使工程师能够利用代谢物结合蛋白资源。然而，扩展生物传感器检测范围只是第一步，计算模型有助于微调传感器性能以实现定制化行为。此外，代谢工程将从无细胞表达系统进展中受益，既可用...
Whole-Cell Biosensor with Tunable Limit of Detection Enables Low-Cost Agglutination Assays for Medical Diagnostic Applications.
全细胞生物传感器有望成为低成本、易使用的即时检测（POC）诊断工具，但难以检测不能跨膜扩散的蛋白分析物。本文开发了一种基于大肠杆菌全细胞表面展示纳米抗体的细胞凝集生物传感平台，用于特异性识别目标蛋白。概念验证中，展示抗绿色荧光蛋白（GFP）纳米抗体的大肠杆菌与串联二聚体GFP（tdGFP）结合后发生交联凝集，可在纳摩尔浓度下检测模型...
Biosensor-assisted engineering of a high-yield Pichia pastoris cell-free protein synthesis platform.
无细胞蛋白合成（CFPS）因合成生物学发展而重新受到关注，不同宿主裂解液可利用细胞内生物合成、蛋白折叠和翻译后修饰能力。本文报道了一种基于毕赤酵母（Pichia pastoris，Komagataella phaffi）的 CFPS 平台。作者构建了新型核糖体生物传感器，将核糖体相关基因启动子与 sfGFP 报告基因融合，通过流式细...
Biosensor libraries harness large classes of binding domains for construction of allosteric transcriptional regulators.
细菌能够感知环境中特定分子并触发相应代谢反应，是重要的生物技术资源。尽管许多介导该过程的转录因子（TF）已被研究，但仅少数被用于分子生物学应用。为扩展具有生物技术价值的生物传感器库，本文提出一种构建和测试嵌合 TF 库的策略，其核心是将高溶解性周质结合蛋白（PBP）与 DNA 结合域（DBD）融合，形成可识别小分子并调控转录的嵌合调...
Blueprints for Biosensors: Design, Limitations, and Applications.
生物传感器正在推动分析检测领域的重要进展，并与合成生物学的发展相互促进。生物传感器能够快速、特异性地检测多种分子，在工业、医学、生态和科学研究中具有广泛应用。生物传感器设计方法与其应用一样多样，主要类别包括核酸、蛋白质和转录因子。每一类传感器都依据目标应用和最佳性能参数具有不同优势与局限。具体而言，传感器设计必须考虑配体特异性、灵敏...
Engineering a palette of eukaryotic chromoproteins for bacterial synthetic biology.
珊瑚礁由与绿色荧光蛋白同源的真核色蛋白（CPs）着色。与荧光蛋白不同，CPs强烈吸收可见光，在环境光下呈现明显颜色，因而具有无需仪器检测、避免紫外损伤和背景荧光、高效FRET猝灭及光声成像等优势，可作为遗传标记并有望用于现场细胞生物传感器。然而，哪些真核CP基因适合在细菌中表达及如何定量检测尚不清楚。本研究利用密码子优化程序，将14...
Designing and Assembling Plasmids for the Construction of Escherichia coli Biosensor for Vibrio cholerae Detection.
在构建和表征用于霍乱弧菌检测的全细胞生物传感器过程中，作者采用两种核心技术：利用Gibson等温组装反应组装PCR扩增的质粒片段（DNA parts），并利用微孔板荧光读数对工程化大肠杆菌菌株进行表征。总体流程为：先在计算机中设计DNA片段，再通过等温组装构建质粒，随后转化至大肠杆菌，最后使用微孔板读数仪评估菌株表现。由于传感器设计...